Astronauter på månen fann sig hoppa runt, istället för att bara gå. Schweiziska SpaceBok planetariska utforskningsrobot har följt deras exempel, lanserar alla fyra benen från marken under tester i ESA:s tekniska hjärta.

SpaceBok är en fyrbäddsrobot designad och byggd av ett schweiziskt studentteam från ETH Zürich och ZHAW Zürich. Den testas för närvarande med hjälp av robotanläggningar vid ESA:s tekniska center ESTEC i Nederländerna.

Arbetet pågår under ledning av Ph.D. student Hendrik Kolvenbach från ETH Zürichs Robotic Systems Lab, för närvarande baserad på ESTEC. Roboten används för att undersöka potentialen för "dynamisk gång" för att ta sig runt i miljöer med låg gravitation.

Hendrik förklarar:"Istället för statisk gång, där minst tre ben hela tiden stannar på marken, dynamisk gång möjliggör gångarter med fulla flygfaser under vilka alla ben håller sig från marken. Djur använder sig av dynamiska gångarter på grund av sin effektivitet, men tills nyligen, beräkningskraften och algoritmerna som krävdes för kontroll gjorde det utmanande att realisera dem på robotar.

"För månens miljöer med lägre gravitation, Mars eller asteroider, att hoppa från marken så här visar sig vara ett mycket effektivt sätt att ta sig runt."

"Astronauter som rörde sig i månens en sjätte gravitation anammade att hoppa instinktivt. SpaceBok kunde potentiellt gå upp till 2 m hög i månens gravitation, även om en sådan höjd innebär nya utmaningar. När den väl kommer upp från marken måste den benbenta roboten stabilisera sig själv för att komma ner igen på ett säkert sätt – den beter sig i princip som en mini-rymdfarkost vid det här laget, säger teammedlemmen Alexander Dietsche.

"Så vad vi har gjort är att utnyttja en av metoderna som en konventionell satellit använder för att kontrollera sin orientering, kallas ett reaktionshjul. Den kan accelereras och bromsas för att utlösa en lika och motsatt reaktion i SpaceBok själv, " förklarar teammedlemmen Philip Arm.

"Dessutom, SpaceBoks ben har fjädrar för att lagra energi under landning och släppa den vid start, avsevärt minska den energi som behövs för att uppnå dessa hopp, " lägger till en annan teammedlem, Benjamin Sun.

Teamet ökar sakta höjden på robotens repetitiva hopp, upp till 1,3 meter i simulerade mångravitationsförhållanden hittills.

Testriggar har satts upp för att simulera olika gravitationsmiljöer, efterliknar inte bara månens förhållanden utan också asteroidernas mycket låga gravitationer. Ju lägre gravitationen desto längre kan flygfasen vara för varje robothopp, men effektiv kontroll behövs för både start och landning.

För att simulera den försvinnande låga gravitationen hos asteroider, SpaceBok-teamet använde sig av det planaste golvet i Nederländerna – ett 4,8 x 9 m epoxigolv utjämnat till en total planhet inom 0,8 mm, kallad Orbital Robotics Bench for Integrated Technology (ORBIT), en del av ESA:s Orbital Robotics and Guidance Navigation and Control Laboratory.

SpaceBok placerades på sin sida, sedan fäst till en fritt flytande plattform för att reproducera noll-G-förhållanden i två dimensioner. När den hoppade från en vägg tillät dess reaktionshjul den att snurra runt mitten av hoppet, lät den landa fötterna först igen på andra sidan av kammaren – som om den hoppade längs en förminskad enkel yta med låg gravitation.

Hendrik tillade:"Testningen gick tillräckligt bra för att vi till och med använde SpaceBok för att spela ett live-actionspel Pong, TV-spelsklassikern."

Testerna kommer att fortsätta under mer realistiska förhållanden, med hopp över hinder, kuperad terräng, och realistisk jord, så småningom flytta utanför dörren.

Hendrik studerar vid ESTEC genom ESA:s Networking Partnering Initiative, avsedd att utnyttja avancerad akademisk forskning för rymdtillämpningar.